JP2003017503A - Method for manufacturing semiconductor device, and semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device, and semiconductor device

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JP2003017503A
JP2003017503A JP2001199919A JP2001199919A JP2003017503A JP 2003017503 A JP2003017503 A JP 2003017503A JP 2001199919 A JP2001199919 A JP 2001199919A JP 2001199919 A JP2001199919 A JP 2001199919A JP 2003017503 A JP2003017503 A JP 2003017503A
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仁 山口
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純 榊原
Michitaka Noda
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a process cost. SOLUTION: The dopant concentration of a scheduled region for forming the side surface of a trench for element isolation in an SOI layer 3 is made 1×10<18> cm<-3> or higher and the dopant concentration of a scheduled region for forming the side surface of a gate trench in the trench gate type MOS transistor is made under 1×10<18> cm<-3> . Next, by etching the SOI layer 3, the trench 42 for element isolation and the gate trench 43 of a trench gate type MOS transistor are formed simultaneously. Further a thick oxide film 44 on the side surface of the trench 42 for element isolation and a thin gate oxide 45 on the side surface of the gate trench 43 are formed simultaneously.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は半導体装置の製造
方法および半導体装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】SOI基板での半導体層における素子形
成島にトレンチゲート型MOSトランジスタを形成する
ことが知られている(特開平8−330601号公報、
特開平8−204195号公報等)。
2. Description of the Related Art It is known to form a trench gate type MOS transistor on an element formation island in a semiconductor layer on an SOI substrate (Japanese Patent Laid-Open No. 8-330601).
JP-A-8-204195).

【0003】一般的にウエハ加工においてトレンチエッ
チングは工程負荷が大きくコストダウンを図りたいとい
う要求がある。これに加えて、ドレイン、チャネル、ソ
ースの各領域(不純物拡散領域)に関して、深い拡散層
を基板表面からの拡散で形成していたので、電流を深さ
方向に均一に流しにくいことに対する改善が求められて
いる。
Generally, in wafer processing, trench etching has a large process load, and there is a demand for cost reduction. In addition to this, since a deep diffusion layer is formed by diffusion from the substrate surface in each of the drain, channel, and source regions (impurity diffusion regions), there is an improvement in that it is difficult to make the current flow uniformly in the depth direction. It has been demanded.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような背
景の下になされたものであり、その第1の目的は、工程
コストを下げることができるようにすることにある。第
2の目的は、第1の目的に加えて電流を深さ方向に均一
に流しやすくすることができるようにすることにある。
The present invention has been made under such a background, and a first object thereof is to make it possible to reduce the process cost. The second purpose is to make it easier to make the current flow uniformly in the depth direction in addition to the first purpose.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1〜6に記載の発
明によれば、これまで素子分離用トレンチとゲートトレ
ンチは厚い酸化膜と薄い酸化膜をそれぞれ形成する必要
がある等の理由から、別々にエッチングして掘っていた
が、本発明により素子分離用トレンチとゲートトレンチ
を同時に形成することができるようになる。ウエハ加工
においてトレンチエッチングは工程負荷が大きく、本発
明により大幅なコストダウンを図ることが可能となる。
According to the present invention, it is necessary to form a thick oxide film and a thin oxide film in the element isolation trench and the gate trench, respectively. Although it has been etched and dug separately, the present invention makes it possible to form the element isolation trench and the gate trench at the same time. In wafer processing, trench etching has a large process load, and the present invention enables a significant cost reduction.

【0006】また、請求項4に記載の製造方法により、
請求項14に記載の半導体装置が得られる。請求項7,
9に記載の発明によれば、これまで素子分離用トレンチ
とゲートトレンチ及びドレイン領域用トレンチは、厚い
酸化膜と薄い酸化膜、及び、酸化膜なしで電極材料膜
(例えば、ポリシリコン膜)をそれぞれ形成する必要が
ある等の理由から、別々にエッチングして掘っていた
が、この発明により素子分離用トレンチとゲートトレン
チ及びドレイン領域用トレンチを同時に形成することが
できるようになる。ウエハ加工においてトレンチエッチ
ングは工程負荷が大きく、本発明により大幅なコストダ
ウンを図ることが可能となる。
According to the manufacturing method of claim 4,
The semiconductor device according to claim 14 is obtained. Claim 7,
According to the invention described in 9, the device isolation trench, the gate trench, and the drain region trench have heretofore been provided with a thick oxide film and a thin oxide film, and an electrode material film (for example, a polysilicon film) without the oxide film. Although it was separately etched for the reason that it was necessary to form each of them, the present invention makes it possible to simultaneously form the element isolation trench and the gate trench and drain region trench. In wafer processing, trench etching has a large process load, and the present invention enables a significant cost reduction.

【0007】請求項8,10に記載の発明によれば、こ
れまで素子分離用トレンチとゲートトレンチとドレイン
領域用トレンチとコレクタ領域用トレンチは、厚い酸化
膜と薄い酸化膜、及び、酸化膜なしで電極材料膜(例え
ば、ポリシリコン膜)をそれぞれ形成する必要がある等
の理由から、別々にエッチングして掘っていたが、この
発明により素子分離用トレンチとゲートトレンチとドレ
イン領域用トレンチとコレクタ領域用トレンチを同時に
形成することができるようになる。ウエハ加工において
トレンチエッチングは工程負荷が大きく、本発明により
大幅なコストダウンを図ることが可能となる。
According to the eighth and tenth aspects of the present invention, the element isolation trench, the gate trench, the drain region trench, and the collector region trench have heretofore been thick oxide film, thin oxide film, and no oxide film. In order to form the electrode material film (for example, a polysilicon film) in the above method, the trenches for element isolation, the gate trench, the trench for the drain region, and the collector are separately formed by etching. The region trench can be formed at the same time. In wafer processing, trench etching has a large process load, and the present invention enables a significant cost reduction.

【0008】請求項11〜13に記載の発明によれば、
請求項1〜10に記載の発明の作用・効果に加え、トレ
ンチゲート型MOSトランジスタのソース領域、チャネ
ル領域、ドリフト領域或いはドレイン領域の形成方法と
して、トレンチを掘って半導体層をエピタキシャル成長
させることにより、不純物濃度分布に関して深さ方向に
均一な濃度分布が形成可能となり、電流の偏りがない低
オン抵抗なパワーMOSとすることが可能となる。
According to the invention described in claims 11 to 13,
In addition to the actions and effects of the invention described in claims 1 to 10, as a method of forming a source region, a channel region, a drift region or a drain region of a trench gate type MOS transistor, by digging a trench to epitaxially grow a semiconductor layer, With respect to the impurity concentration distribution, it is possible to form a uniform concentration distribution in the depth direction, and it is possible to obtain a power MOS having a low on-resistance with no current bias.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、この
発明を具体化した第1の実施の形態を図面に従って説明
する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0010】図1に本実施形態における半導体装置の縦
断面を示す。シリコン基板1の上にシリコン酸化膜(絶
縁膜)2を介して薄い単結晶シリコン層(単結晶半導体
層)3が形成され、SOI基板を構成している。SOI
層である単結晶シリコン層3は(110)面を主面と
し、厚さが1〜100μmである。単結晶シリコン層3
において、絶縁膜2に達する素子分離用トレンチ4が形
成され、このトレンチ4にて多数の素子形成島が区画形
成されている。素子分離用トレンチ4に関して、トレン
チ4の側面にはシリコン酸化膜5が形成されるととも
に、シリコン酸化膜5の内方にはポリシリコン膜6が充
填されている。また、第1の素子形成島においてはCM
OSトランジスタが形成され、第2の素子形成島におい
てはNPNトランジスタが形成され、第3の素子形成島
においてはトレンチゲート型LDMOSトランジスタが
形成されている。
FIG. 1 shows a vertical cross section of the semiconductor device according to the present embodiment. A thin single crystal silicon layer (single crystal semiconductor layer) 3 is formed on a silicon substrate 1 with a silicon oxide film (insulating film) 2 interposed therebetween, and constitutes an SOI substrate. SOI
The single crystal silicon layer 3 as a layer has a (110) plane as a main surface and a thickness of 1 to 100 μm. Single crystal silicon layer 3
In, the element isolation trenches 4 reaching the insulating film 2 are formed, and a large number of element formation islands are sectioned and formed in the trenches 4. Regarding the element isolation trench 4, a silicon oxide film 5 is formed on the side surface of the trench 4 and a polysilicon film 6 is filled inside the silicon oxide film 5. In the first element formation island, CM
An OS transistor is formed, an NPN transistor is formed on the second element formation island, and a trench gate type LDMOS transistor is formed on the third element formation island.

【0011】CMOSトランジスタに関してNチャネル
MOSとして、N型シリコン層3の表層部にはPウェル
領域10が形成され、Pウェル領域10の表層部にはN
型ソース領域11とN型ドレイン領域12が形成されて
いる。また、Pウェル領域10の上にはゲート酸化膜
(図示略)を介してゲート電極13が配置されている。
一方、PチャネルMOSとして、N型シリコン層3の表
層部にはP型ソース領域14とP型ドレイン領域15が
形成され、さらに、N型シリコン層3の上にはゲート酸
化膜(図示略)を介してゲート電極16が配置されてい
る。なお、CMOSトランジスタの形成島において、N
型シリコン層3にはN+埋込層17が形成されている。
Regarding the CMOS transistor, as an N-channel MOS, a P well region 10 is formed in the surface layer portion of the N type silicon layer 3, and an N well is formed in the surface layer portion of the P well region 10.
A type source region 11 and an N type drain region 12 are formed. Further, a gate electrode 13 is arranged on the P well region 10 via a gate oxide film (not shown).
On the other hand, as a P-channel MOS, a P-type source region 14 and a P-type drain region 15 are formed in the surface layer portion of the N-type silicon layer 3, and a gate oxide film (not shown) is further formed on the N-type silicon layer 3. The gate electrode 16 is arranged via the. In the formation island of the CMOS transistor, N
An N + buried layer 17 is formed in the type silicon layer 3.

【0012】NPNトランジスタに関して、N型シリコ
ン層3の表層部にはPウェル領域20が形成され、Pウ
ェル領域20の表層部にはN型エミッタ領域21とP+
ベース領域22が形成されている。また、N型シリコン
層3の表層部にはN型コレクタ領域24とN+コンタク
ト領域25が形成されている。なお、NPNトランジス
タの形成島において、N型シリコン層3にはN+埋込層
23が形成されている。
Regarding the NPN transistor, a P well region 20 is formed in the surface layer portion of the N type silicon layer 3, and an N type emitter region 21 and a P + region are formed in the surface layer portion of the P well region 20.
A base region 22 is formed. Further, an N type collector region 24 and an N + contact region 25 are formed in the surface layer portion of the N type silicon layer 3. An N + buried layer 23 is formed in the N-type silicon layer 3 on the island where the NPN transistor is formed.

【0013】トレンチゲート型MOSトランジスタの詳
細を、図2に示す。図2において、N型シリコン層3に
+埋込層30が形成されている。N型シリコン層3に
おいて表層部にはチャネルPウェル領域(P型ベース領
域)31が形成されるとともに、チャネルPウェル領域
31での表層部にはP+コンタクト領域32とN型ソー
ス領域33が形成されている。また、N型シリコン層3
にはゲートトレンチ34が形成され、このゲートトレン
チ34はN型シリコン層3の表面と平行をなす方向およ
び深さ方向においてN型ソース領域33からチャネルP
ウェル領域31を貫通するように形成されている。ゲー
トトレンチ34の内壁面にはゲート酸化膜35が形成さ
れるとともに、ゲート酸化膜35の内方にはポリシリコ
ンゲート電極36が充填されている。また、N型シリコ
ン層3でのチャネルPウェル領域31から離間した部位
においてN+ドレイン領域37が形成されるとともにN+
ドレイン領域37の表層部にはコンタクト用N+領域3
8が形成されている。
Details of the trench gate type MOS transistor are shown in FIG. In FIG. 2, the N + buried layer 30 is formed in the N-type silicon layer 3. A channel P well region (P type base region) 31 is formed in the surface layer portion of the N-type silicon layer 3, and a P + contact region 32 and an N type source region 33 are formed in the surface layer portion of the channel P well region 31. Has been formed. In addition, the N-type silicon layer 3
A gate trench 34 is formed in the gate trench 34. The gate trench 34 extends from the N-type source region 33 to the channel P in the direction parallel to the surface of the N-type silicon layer 3 and in the depth direction.
It is formed so as to penetrate the well region 31. A gate oxide film 35 is formed on the inner wall surface of the gate trench 34, and a polysilicon gate electrode 36 is filled inside the gate oxide film 35. Further, the N + drain region 37 is formed at a site spaced from the channel P-well region 31 in the N-type silicon layer 3 N +
The contact N + region 3 is formed on the surface layer of the drain region 37.
8 is formed.

【0014】なお、シリコン層3のうち、N+埋込層3
0、チャネルPウェル領域31、P+コンタクト領域3
2、N型ソース領域33、N+ドレイン領域37、コン
タクト用N+領域38、ゲートトレンチ34、ゲート酸
化膜35が形成されていない領域がドリフト領域として
用いられる。
Of the silicon layer 3, the N + buried layer 3
0, channel P well region 31, P + contact region 3
2, the N-type source region 33, the N + drain region 37, the contact N + region 38, the gate trench 34, and the region where the gate oxide film 35 is not formed are used as the drift region.

【0015】そして、図3に示すように、ゲート電極3
6に所定の正電圧を印加すると、チャネルPウェル領域
31のうちのゲートトレンチ34に隣接している部分全
面においてゲート酸化膜35の近傍に電子が誘起されて
チャネルが形成され、このチャネルを通じてソース領域
33からドレイン領域37に横方向にドレイン電流が流
れる。
Then, as shown in FIG.
When a predetermined positive voltage is applied to 6, the electrons are induced near the gate oxide film 35 in the entire surface of the channel P well region 31 adjacent to the gate trench 34 to form a channel. A drain current flows laterally from the region 33 to the drain region 37.

【0016】次に、この種の半導体装置、即ち、SOI
層にBiCMOS(NPNトランジスタとCMOS)と
ゲートトレンチ型パワーMOSトランジスタを集積した
複合IC(CMOS論理素子、バイポーラ素子、パワー
素子を有する誘電体分離型半導体集積回路)の製造方法
を、特徴部分を中心に図4を用いて説明する。
Next, a semiconductor device of this type, namely, SOI
A method of manufacturing a composite IC (dielectric isolation semiconductor integrated circuit having a CMOS logic element, a bipolar element, and a power element) in which BiCMOS (NPN transistor and CMOS) and a gate trench type power MOS transistor are integrated in a layer Will be described with reference to FIG.

【0017】まず、図4(a)に示すように、シリコン
基板1の上にシリコン酸化膜2を介して(110)面を
主面とする単結晶シリコン層3を配置する。このとき、
予め素子分離用トレンチを形成する領域に1×1018
-3以上のドーパント濃度を有する高濃度層40,41
をSOI層3の上面と下面から形成しておく。このよう
に、SOI層3における素子分離用トレンチの側面の形
成予定領域の不純物濃度を1×1018cm-3以上にする
とともにトレンチゲート型MOSトランジスタでのゲー
トトレンチの側面の形成予定領域の不純物濃度を1×1
18cm-3未満にする。
First, as shown in FIG. 4A, a single crystal silicon layer 3 having a (110) plane as a main surface is arranged on a silicon substrate 1 with a silicon oxide film 2 interposed therebetween. At this time,
1 × 10 18 c in a region where an element isolation trench is formed in advance
High-concentration layers 40 and 41 having a dopant concentration of m −3 or more
Are formed from the upper surface and the lower surface of the SOI layer 3. As described above, the impurity concentration in the region to be formed on the side surface of the element isolation trench in the SOI layer 3 is set to 1 × 10 18 cm −3 or more and the impurity in the region to be formed on the side surface of the gate trench in the trench gate type MOS transistor is set. Concentration 1 × 1
It is less than 0 18 cm -3 .

【0018】そして、図4(b)に示すように、このS
OI基板の主面から異方性エッチングを行い、側面が
(111)面となる素子分離用トレンチ42と、側面が
(100)面となるトレンチゲート型MOSトランジス
タのゲートトレンチ43を同時に形成する。
Then, as shown in FIG.
Anisotropic etching is performed from the main surface of the OI substrate to simultaneously form the element isolation trench 42 whose side surface is the (111) plane and the gate trench 43 of the trench gate type MOS transistor whose side surface is the (100) plane.

【0019】なお、この時、パターン幅の設定によりロ
ーディング効果を利用して、ゲートトレンチ43を素子
分離用トレンチ42よりも浅く形成するようにしてもよ
い。引き続き、このトレンチ側面に対しライトエッチ或
いは犠牲酸化によりダメージ層を除去した後、図4
(c)に示すように、濃度差を利用した熱酸化(ゲート
酸化)を行うことにより、素子分離用トレンチ42の側
面に厚い酸化膜44を形成し、同時にゲートトレンチ4
3の側面に薄い酸化膜(ゲート酸化膜)45を形成す
る。厚い酸化膜44とは100〜300nmであり、薄
い酸化膜45とは50〜150nmである。
At this time, the gate trench 43 may be formed shallower than the element isolation trench 42 by utilizing the loading effect by setting the pattern width. Subsequently, the damage layer is removed from the side surface of the trench by light etching or sacrificial oxidation, and then, as shown in FIG.
As shown in (c), a thick oxide film 44 is formed on the side surface of the element isolation trench 42 by performing thermal oxidation (gate oxidation) utilizing the concentration difference, and at the same time, the gate trench 4 is formed.
A thin oxide film (gate oxide film) 45 is formed on the side surface of 3. The thick oxide film 44 has a thickness of 100 to 300 nm, and the thin oxide film 45 has a thickness of 50 to 150 nm.

【0020】さらに、図4(d)に示すように、不純物
ドープトポリシリコン膜(符号46,47)を成膜する
とともにエッチバック及びパターニングする。これによ
り、トレンチ42,43内に不純物ドープトポリシリコ
ン膜46,47が配置される(埋め込まれる)。このよ
うにしてゲートトレンチ43内でのゲート酸化膜45の
内方にゲート電極材料膜としての不純物ドープトポリシ
リコン膜47を形成する。さらに、イオン注入と拡散に
よりDMOSのソース/チャネル領域48,49を形成
する。
Further, as shown in FIG. 4D, an impurity-doped polysilicon film (reference numerals 46 and 47) is formed, and etched back and patterned. As a result, the impurity-doped polysilicon films 46 and 47 are arranged (embedded) in the trenches 42 and 43. Thus, the impurity-doped polysilicon film 47 as a gate electrode material film is formed inside the gate oxide film 45 in the gate trench 43. Further, the DMOS source / channel regions 48 and 49 are formed by ion implantation and diffusion.

【0021】このようにして、これまで素子分離用トレ
ンチとゲートトレンチは厚い酸化膜と薄い酸化膜をそれ
ぞれ形成する必要から、別々にエッチングして掘ってい
たが、本実施形態では素子分離用トレンチ42とゲート
トレンチ43を同時に形成することができるようにな
る。ウエハ加工においてトレンチエッチングは工程負荷
が大きく、本実施形態により大幅なコストダウンを図る
ことが可能となる。
In this way, the element isolation trench and the gate trench have been formed by separately etching them because it is necessary to form a thick oxide film and a thin oxide film, respectively. Thus, in the present embodiment, the element isolation trench is formed. 42 and the gate trench 43 can be simultaneously formed. In wafer processing, trench etching has a large process load, and this embodiment makes it possible to significantly reduce costs.

【0022】なお、素子分離用トレンチとゲートトレン
チを同時に形成する手法として、不純物濃度管理と結晶
面管理を、それぞれ単独に行ってもよい。即ち、不純物
濃度を管理する製造方法として、SOI層3における素
子分離用トレンチの側面の形成予定領域の不純物濃度を
1×1018cm-3以上にするとともにトレンチゲート型
MOSトランジスタでのゲートトレンチの側面の形成予
定領域の不純物濃度を1×1018cm-3未満にし、その
後に、SOI層3をエッチングして素子分離用トレンチ
42とトレンチゲート型MOSトランジスタのゲートト
レンチ43を同時に形成し、さらに、濃度差を利用した
熱酸化により素子分離用トレンチ42の側面に厚い酸化
膜44を、また、ゲートトレンチ43の側面に薄いゲー
ト酸化膜45を同時に形成する。そして、ゲートトレン
チ43内でのゲート酸化膜45の内方にゲート電極材料
膜47を形成する。一方、結晶面を管理する製造方法と
して、SOI層3をエッチングして、側面が(111)
面となる素子分離用トレンチ42と、側面が(100)
面となるトレンチゲート型MOSトランジスタのゲート
トレンチ43を同時に形成し、その後、面方位の違いを
利用した熱酸化により素子分離用トレンチ42の側面に
厚い酸化膜44を、また、ゲートトレンチ43の側面に
薄いゲート酸化膜45を同時に形成する。そして、ゲー
トトレンチ43内でのゲート酸化膜45の内方にゲート
電極材料膜47を形成する。
As a method of simultaneously forming the element isolation trench and the gate trench, the impurity concentration control and the crystal plane control may be performed independently. That is, as a manufacturing method for controlling the impurity concentration, the impurity concentration of the region to be formed on the side surface of the element isolation trench in the SOI layer 3 is set to 1 × 10 18 cm −3 or more and the gate trench of the trench gate type MOS transistor is formed. The impurity concentration of the side surface formation region is set to less than 1 × 10 18 cm −3 , and then the SOI layer 3 is etched to simultaneously form the element isolation trench 42 and the gate trench 43 of the trench gate type MOS transistor. A thick oxide film 44 is formed on the side surface of the element isolation trench 42 and a thin gate oxide film 45 is formed on the side surface of the gate trench 43 at the same time by thermal oxidation utilizing the concentration difference. Then, a gate electrode material film 47 is formed inside the gate oxide film 45 in the gate trench 43. On the other hand, as a manufacturing method for controlling the crystal plane, the SOI layer 3 is etched so that the side surface is (111).
The element isolation trench 42 that becomes the surface and the side surface is (100)
A gate trench 43 of a trench gate type MOS transistor to be a surface is formed at the same time, and then a thick oxide film 44 is formed on the side surface of the element isolation trench 42 by thermal oxidation utilizing the difference in plane orientation, and a side surface of the gate trench 43. At the same time, a thin gate oxide film 45 is formed. Then, a gate electrode material film 47 is formed inside the gate oxide film 45 in the gate trench 43.

【0023】また、図5に示すように(110)基板を
用いて側面が(111)となる素子分離用トレンチと側
面が(100)となるゲートトレンチを形成したが、図
6に示すように、(100)基板を用い、側面が(11
0)となる素子分離用トレンチと側面が(100)とな
るゲートトレンチとなるようにレイアウト(配置)する
ことによっても同様の効果が得られる。特に、図6の場
合には、(100)基板を使うので、SOI層の主表面
にプレーナ型のCMOSを容易に形成できるようにな
る。 (第2の実施の形態)次に、第2の実施の形態を、第1
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
As shown in FIG. 5, a (110) substrate was used to form an element isolation trench having a side surface of (111) and a gate trench having a side surface of (100). , (100) substrate, and the side surface is (11
The same effect can be obtained by laying out (arranging) the element isolation trenches which are 0) and the gate trenches whose side surfaces are (100). In particular, in the case of FIG. 6, since the (100) substrate is used, a planar type CMOS can be easily formed on the main surface of the SOI layer. (Second Embodiment) Next, the second embodiment will be described with reference to the first embodiment.
The difference from the above embodiment will be mainly described.

【0024】図7(a)に示すように、シリコン基板1
の上にシリコン酸化膜2を介して単結晶シリコン層3を
配置する。そして、SOI層3をエッチングしてトレン
チゲート型MOSトランジスタのゲートトレンチ形成領
域に単一のトレンチ50を、また、素子分離用トレンチ
形成領域に複数のトレンチ51を、同時に形成する。図
7ではトレンチ51の幅はゲートトレンチ形成領域のト
レンチ50の幅と同じである。また、図7ではトレンチ
51は3本設けている。
As shown in FIG. 7A, the silicon substrate 1
A single crystal silicon layer 3 is arranged on the above with a silicon oxide film 2 interposed therebetween. Then, the SOI layer 3 is etched to form a single trench 50 in the gate trench formation region of the trench gate type MOS transistor and a plurality of trenches 51 in the element isolation trench formation region at the same time. In FIG. 7, the width of the trench 51 is the same as the width of the trench 50 in the gate trench formation region. Further, in FIG. 7, three trenches 51 are provided.

【0025】さらに、図7(b)に示すように、熱酸化
(ゲート酸化)を行うことにより、素子分離用トレンチ
形成領域に形成した複数のトレンチ51の側面にシリコ
ン酸化膜52を、また、ゲートトレンチ形成領域に形成
したトレンチ50の側面にゲート酸化膜53を同時に形
成する。
Further, as shown in FIG. 7B, thermal oxidation (gate oxidation) is performed to form a silicon oxide film 52 on the side surfaces of a plurality of trenches 51 formed in the element isolation trench forming region, and A gate oxide film 53 is simultaneously formed on the side surface of the trench 50 formed in the gate trench formation region.

【0026】その後、図7(c)に示すように、不純物
ドープトポリシリコン膜(符号54,55)の成膜およ
びエッチバックを行う。これにより、素子分離用トレン
チ形成領域に形成した複数のトレンチ51内に不純物ド
ープトポリシリコン膜54が、また、ゲートトレンチ形
成領域に形成したトレンチ50内に不純物ドープトポリ
シリコン膜55が同時に形成される(配置される)。こ
のようにしてゲートトレンチ形成領域に形成したトレン
チ50内でのゲート酸化膜53の内方にゲート電極材料
膜としての不純物ドープトポリシリコン膜55が形成さ
れる。
Thereafter, as shown in FIG. 7C, an impurity-doped polysilicon film (reference numerals 54 and 55) is formed and etched back. As a result, the impurity-doped polysilicon film 54 is formed in the plurality of trenches 51 formed in the element isolation trench forming region, and the impurity-doped polysilicon film 55 is simultaneously formed in the trench 50 formed in the gate trench forming region. Be done (placed). Thus, an impurity-doped polysilicon film 55 as a gate electrode material film is formed inside the gate oxide film 53 in the trench 50 formed in the gate trench formation region.

【0027】その結果、半導体装置の構造として、素子
分離用トレンチ形成領域に複数のトレンチ51を並設す
るとともに、素子分離用の各トレンチ51の側面に、ゲ
ートトレンチ50の側面に形成したゲート酸化膜53と
同一の酸化膜52を形成し、さらに、素子分離用の各ト
レンチ51の内部を、ゲートトレンチ50の内部のポリ
シリコンゲート電極(ゲート電極材料膜)55と同一の
ポリシリコン膜54で充填したものが得られる。
As a result, as a structure of the semiconductor device, a plurality of trenches 51 are provided in parallel in the element isolation trench formation region, and the side surface of each of the element isolation trenches 51 is covered with a gate oxide formed on the side surface of the gate trench 50. The same oxide film 52 as the film 53 is formed, and the inside of each trench 51 for element isolation is formed with the same polysilicon film 54 as the polysilicon gate electrode (gate electrode material film) 55 inside the gate trench 50. The filled one is obtained.

【0028】このようにして、これまで素子分離用トレ
ンチとゲートトレンチは別々にエッチングして掘ってい
たが、本実施形態により素子分離用トレンチとゲートト
レンチを同時に形成することができるようになる。ウエ
ハ加工においてトレンチエッチングは工程負荷が大き
く、本実施形態により大幅なコストダウンを図ることが
可能となる。
Thus, although the element isolation trench and the gate trench have been separately etched and dug up to this point, this embodiment allows the element isolation trench and the gate trench to be formed simultaneously. In wafer processing, trench etching has a large process load, and this embodiment makes it possible to significantly reduce costs.

【0029】また、3本のゲートトレンチ(図7(c)
において符号51で示すトレンチ)を並設して素子分離
用トレンチを構成することにより、ゲート耐圧の6倍の
耐圧(素子分離耐圧)を持たせることができる。具体的
には、ゲート耐圧を10ボルト以上、素子分離耐圧を6
0ボルト以上にすることが可能となる。
In addition, three gate trenches (see FIG. 7C)
By forming trenches for element isolation by arranging the trenches indicated by reference numeral 51 in FIG. 1) in parallel, a breakdown voltage (element isolation breakdown voltage) that is six times the gate breakdown voltage can be provided. Specifically, the gate breakdown voltage is 10 V or higher, and the element isolation breakdown voltage is 6
It becomes possible to make it 0 volt or more.

【0030】なお、トレンチ51の幅はゲートトレンチ
形成領域のトレンチ50の幅と異なっていてもよく、ま
た、トレンチ51の本数は3本以外の任意の数でもよ
い。第1と第2の実施形態を組み合わせて実施してもよ
い。つまり、SOI層3における素子分離用トレンチの
側面の形成予定領域の不純物濃度を1×1018cm -3
上にするとともにトレンチゲート型MOSトランジスタ
でのゲートトレンチの側面の形成予定領域の不純物濃度
を1×1018cm-3未満にし、その後、SOI層3をエ
ッチングして、トレンチゲート型MOSトランジスタの
ゲートトレンチ形成領域に側面が(110)面となる単
一のトレンチ50を、また、素子分離用トレンチ形成領
域に側面が(111)面または(110)面となるトレ
ンチ51を複数並べたものを、同時に形成し、さらに、
熱酸化により素子分離用トレンチ形成領域に形成した複
数のトレンチ51の側面に厚い酸化膜を、また、ゲート
トレンチ形成領域に形成したトレンチ50の側面に薄い
ゲート酸化膜を同時に形成する。そして、ゲートトレン
チ形成領域に形成したトレンチ50内でのゲート酸化膜
の内方にゲート電極材料膜55を形成する。 (第3の実施の形態)次に、第3の実施の形態を、第1
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
The width of the trench 51 is the gate trench.
It may be different from the width of the trench 50 in the formation region.
Also, the number of trenches 51 may be any number other than three.
Yes. You may implement combining 1st and 2nd embodiment.
Yes. That is, the isolation trench of the SOI layer 3
The impurity concentration of the side surface formation planned region is set to 1 × 10.18cm -3Since
Trench gate type MOS transistor
Concentration of the area to be formed on the side surface of the gate trench in
1 x 1018cm-3And then the SOI layer 3 is
Of the trench gate type MOS transistor
The side surface of the gate trench formation region is a (110) plane.
The one trench 50 is formed in the trench for element isolation.
Trays whose sides are (111) or (110) in the area
Bunches 51 are lined up at the same time.
Complexes formed in the trench formation region for element isolation by thermal oxidation
A thick oxide film on the side surfaces of the trenches 51
Thin side surface of the trench 50 formed in the trench formation region
A gate oxide film is formed at the same time. And gate train
Gate oxide film in the trench 50 formed in the trench formation region
A gate electrode material film 55 is formed inside. (Third Embodiment) Next, the third embodiment will be described with reference to the first embodiment.
The difference from the above embodiment will be mainly described.

【0031】図8(a)に示すように、シリコン基板1
の上にシリコン酸化膜2を介して単結晶シリコン層3を
配置する。そして、図8(b)に示すように、異方性ド
ライエッチングによりSOI層3に素子分離用トレンチ
60とトレンチゲート型MOSトランジスタのゲートト
レンチ61を同時に形成する。ここで、例えば、素子分
離用トレンチ60の幅を2μmとし、ゲートトレンチ6
1の幅を0.5μmとする。
As shown in FIG. 8A, the silicon substrate 1
A single crystal silicon layer 3 is arranged on the above with a silicon oxide film 2 interposed therebetween. Then, as shown in FIG. 8B, the element isolation trench 60 and the gate trench 61 of the trench gate type MOS transistor are simultaneously formed in the SOI layer 3 by anisotropic dry etching. Here, for example, the width of the element isolation trench 60 is set to 2 μm, and the gate trench 6 is formed.
The width of 1 is 0.5 μm.

【0032】このトレンチ60,61の側面に対しライ
トエッチング或いは犠牲酸化によりダメージ層を除去し
た後、図8(c)に示すように、素子分離用トレンチ6
0とゲートトレンチ61に対しトレンチ側面に酸化膜6
2を形成するとともに、その内方に不純物ドープトポリ
シリコン膜(電極材料膜)63をデポする。この際、ト
レンチ幅の違いから、ゲートトレンチ61側が完全に埋
まり、素子分離用トレンチ60側が埋まらないようにす
る(ポリシリコン膜厚及びトレンチ幅を設計する)。こ
こで、例えば、酸化膜62の膜厚は50〜150nmで
あり、不純物ドープトポリシリコン膜63の膜厚は0.
3〜1.0μmである。
After the damage layer is removed from the side surfaces of the trenches 60 and 61 by light etching or sacrificial oxidation, as shown in FIG. 8C, the element isolation trench 6 is formed.
0 and the gate trench 61, the oxide film 6 on the trench side surface.
2 is formed, and an impurity-doped polysilicon film (electrode material film) 63 is deposited on the inside thereof. At this time, the gate trench 61 side is completely filled and the element isolation trench 60 side is not filled due to the difference in trench width (the polysilicon film thickness and the trench width are designed). Here, for example, the thickness of the oxide film 62 is 50 to 150 nm, and the thickness of the impurity-doped polysilicon film 63 is 0.
It is 3 to 1.0 μm.

【0033】引き続き、不純物ドープトポリシリコン膜
63をエッチバックして、図9(a)に示すように、S
OI層3の上面および素子分離用トレンチ60の内部の
不純物ドープトポリシリコン膜63を除去するとともに
ゲートトレンチ61の内部の不純物ドープトポリシリコ
ン膜63を残す。そして、図9(b)に示すように、C
VD酸化膜のデポ及びエッチバックにより、素子分離用
トレンチ60の内部を酸化膜64で埋め込む。さらに、
イオン注入と拡散によりDMOSのチャネルP領域65
やN+ソース領域66等を形成する。
Subsequently, the impurity-doped polysilicon film 63 is etched back to remove S as shown in FIG. 9 (a).
The upper surface of the OI layer 3 and the impurity-doped polysilicon film 63 inside the element isolation trench 60 are removed, and the impurity-doped polysilicon film 63 inside the gate trench 61 is left. Then, as shown in FIG. 9B, C
The oxide film 64 fills the inside of the element isolation trench 60 by depositing and etching back the VD oxide film. further,
DMOS channel P region 65 by ion implantation and diffusion
And the N + source region 66 and the like are formed.

【0034】なお、電極材料膜として不純物ドープトポ
リシリコン膜63の代わりに金属膜を用いてもよい。こ
のように、素子分離用トレンチ60とゲートトレンチ6
1に酸化膜62を形成し、その上にポリシリコン膜63
を成長させる際に、トレンチ幅の違いからゲートトレン
チ61側は埋め込まれ、素子分離用トレンチ60側は埋
め込まれないようにポリシリコン膜厚及びトレンチ幅を
設計し、この後のポリシリコンエッチバック工程により
素子分離用トレンチ60側のみポリシリコン膜63を除
去し、酸化膜64を埋め込む。その結果、これまで素子
分離用トレンチとゲートトレンチは別々にエッチングし
て掘っていたが、本実施形態により素子分離用トレンチ
60とゲートトレンチ61を同時に形成することができ
るようになる。ウエハ加工においてトレンチエッチング
は工程負荷が大きく、本実施形態により大幅なコストダ
ウンを図ることが可能となる。 (第4の実施の形態)次に、第4の実施の形態を、第1
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
A metal film may be used as the electrode material film instead of the impurity-doped polysilicon film 63. In this way, the isolation trench 60 and the gate trench 6 are formed.
1 is formed with an oxide film 62, and a polysilicon film 63 is formed thereon.
At the time of growing, the polysilicon film thickness and the trench width are designed such that the gate trench 61 side is filled and the element isolation trench 60 side is not filled due to the difference in trench width, and the polysilicon etchback step after that is performed. Thus, the polysilicon film 63 is removed only on the element isolation trench 60 side and the oxide film 64 is buried. As a result, the element isolation trench and the gate trench have been separately etched and dug up to now, but the element isolation trench 60 and the gate trench 61 can be simultaneously formed by this embodiment. In wafer processing, trench etching has a large process load, and this embodiment makes it possible to significantly reduce costs. (Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described.
The difference from the above embodiment will be mainly described.

【0035】本実施の形態においては、図1での素子分
離用トレンチとトレンチゲート型MOSトランジスタの
ゲートトレンチとN型ドレイン領域とNPNトランジス
タのN型コレクタ領域をより簡便に形成することができ
るようにしたものである。この手法は、素子分離用トレ
ンチとトレンチゲート型MOSトランジスタのゲートト
レンチとドレイン領域をより簡便に形成しようとする場
合に適用してもよい(例えば、バイポーラトランジスタ
が集積化されていない場合)。
In the present embodiment, the element isolation trench, the gate trench of the trench gate type MOS transistor, the N type drain region and the N type collector region of the NPN transistor shown in FIG. 1 can be formed more easily. It is the one. This method may be applied when the element isolation trench, the gate trench of the trench gate type MOS transistor, and the drain region are to be formed more simply (for example, when the bipolar transistor is not integrated).

【0036】図10(a)に示すように、SOI基板の
SOI層3に対し、その上面にパターニングしたシリコ
ン酸化膜70を配置し、このシリコン酸化膜70をマス
クとしてSOI層3をエッチングして素子分離用トレン
チ71とトレンチゲート型MOSトランジスタのゲート
トレンチ72とドレイン領域用トレンチ73(図示は省
略したがバイポーラトランジスタのコレクタ領域用トレ
ンチもトレンチ73と同様)を同時に形成する。
As shown in FIG. 10A, a patterned silicon oxide film 70 is arranged on the SOI layer 3 of the SOI substrate, and the SOI layer 3 is etched using the silicon oxide film 70 as a mask. An element isolation trench 71, a gate trench 72 of a trench gate type MOS transistor, and a drain region trench 73 (not shown, but a collector region trench of a bipolar transistor is similar to the trench 73) are simultaneously formed.

【0037】そして、図10(b)に示すように、各ト
レンチに対し側面に酸化膜74を形成する。その後に、
ウェットエッチングにより不要箇所の酸化膜74を除去
する。このウェットエッチングおいて、図10(c)に
示すように、素子分離用トレンチ71内とドレイン領域
用トレンチ(コレクタ領域用トレンチも同様)73内の
酸化膜74についてはウェットエッチング液が回り込
み、ゲートトレンチ72内の酸化膜74についてはウェ
ットエッチング液が回り込まないようにしてトレンチ7
1と73内の酸化膜74を除去する。即ち、図10
(a)でのトレンチ形成工程においてゲートトレンチ7
2の幅を細い寸法とする。
Then, as shown in FIG. 10B, an oxide film 74 is formed on the side surface of each trench. After that,
The oxide film 74 in the unnecessary portion is removed by wet etching. In this wet etching, as shown in FIG. 10C, the wet etching solution spills around the oxide film 74 in the element isolation trench 71 and the drain region trench (same for the collector region trench) 73, so that the gate is removed. With respect to the oxide film 74 in the trench 72, the wet etching solution is prevented from wrapping around the trench 72.
The oxide film 74 in 1 and 73 is removed. That is, FIG.
In the trench forming step in (a), the gate trench 7
The width of 2 is a small dimension.

【0038】さらに、図10(d)に示すように、トレ
ンチ内を含むSOI層3の上面に電極材料膜としての不
純物ドープトポリシリコン膜(または金属膜)75を成
膜する。このとき、ゲートトレンチ72の内部およびド
レイン領域用トレンチ(コレクタ領域用トレンチも同
様)73の内部が埋まり、素子分離用トレンチ71の内
部が埋まらないようにする。そして、図11(a)に示
すように、CVD酸化膜76を形成して素子分離用トレ
ンチ71の内部をCVD酸化膜76で埋め込む。
Further, as shown in FIG. 10D, an impurity-doped polysilicon film (or metal film) 75 as an electrode material film is formed on the upper surface of the SOI layer 3 including the inside of the trench. At this time, the inside of the gate trench 72 and the inside of the drain region trench (also the collector region trench) 73 are filled, and the inside of the element isolation trench 71 is not filled. Then, as shown in FIG. 11A, a CVD oxide film 76 is formed to fill the inside of the element isolation trench 71 with the CVD oxide film 76.

【0039】引き続き、図11(b)に示すように、酸
化膜76のエッチバックまたはCMPで平坦化する。さ
らに、図11(c)に示すように、熱処理をすることに
より、ドレイン領域用トレンチ(コレクタ領域用トレン
チも同様)73の内部の不純物ドープトポリシリコン膜
75における不純物と素子分離用トレンチ71の内部の
不純物ドープトポリシリコン膜75における不純物をシ
リコン層3に拡散させる。これにより、N型のドレイン
領域78(コレクタ領域も同様)が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 11B, the oxide film 76 is flattened by etching back or CMP. Further, as shown in FIG. 11C, by performing heat treatment, the impurities in the impurity-doped polysilicon film 75 inside the drain region trench (and the collector region trench) 73 and the element isolation trench 71 are removed. Impurities in the impurity-doped polysilicon film 75 inside are diffused into the silicon layer 3. As a result, the N-type drain region 78 (as well as the collector region) is formed.

【0040】このように本実施形態によれば、これまで
素子分離用トレンチとゲートトレンチとドレイン領域用
トレンチとコレクタ領域用トレンチは、厚い酸化膜と薄
い酸化膜、及び、酸化膜なしで不純物ドープトポリシリ
コン膜をそれぞれ形成する必要から、別々にエッチング
して掘っていたが、この実施形態により素子分離用トレ
ンチ71とゲートトレンチ72とドレイン領域用トレン
チ73とコレクタ領域用トレンチを同時に形成すること
ができるようになる。ウエハ加工においてトレンチエッ
チングは工程負荷が大きく、本実施形態により大幅なコ
ストダウンを図ることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the element isolation trench, the gate trench, the drain region trench, and the collector region trench have heretofore been thickly doped with an oxide film and a thin oxide film, or doped with impurities without an oxide film. Since it was necessary to separately form the top polysilicon film, it was separately etched and dug. However, according to this embodiment, the element isolation trench 71, the gate trench 72, the drain region trench 73, and the collector region trench are simultaneously formed. Will be able to. In wafer processing, trench etching has a large process load, and this embodiment makes it possible to significantly reduce costs.

【0041】別の例として次のようにしてもよい。図1
0(d)の状態から不純物ドープトポリシリコン膜75
をエッチバックしてトレンチ71内の不純物ドープトポ
リシリコン膜75を除去し、引き続き、図12(a)に
示すように、CVD酸化膜76を形成して素子分離用ト
レンチ71内をCVD酸化膜76で埋め込む。そして、
図12(b)に示すように、酸化膜76のエッチバック
またはCMPで平坦化する。さらに、図12(c)に示
すように、熱処理をすることによりN型のドレイン領域
78(コレクタ領域も同様)を形成する。 (第5の実施の形態)次に、第5の実施の形態を、第4
の実施の形態との相違点を中心に説明する。
As another example, the following may be performed. Figure 1
From the state of 0 (d) to the impurity-doped polysilicon film 75
Is etched back to remove the impurity-doped polysilicon film 75 in the trench 71, and subsequently, as shown in FIG. 12A, a CVD oxide film 76 is formed to form a CVD oxide film in the element isolation trench 71. Embed with 76. And
As shown in FIG. 12B, the oxide film 76 is flattened by etching back or CMP. Further, as shown in FIG. 12C, heat treatment is performed to form an N-type drain region 78 (same for the collector region). (Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment will be described.
The difference from the above embodiment will be mainly described.

【0042】図13(a)に示すように、SOI基板の
SOI層3に対しパターニングした酸化膜80をマスク
として用いてSOI層3をエッチングして素子分離用ト
レンチ81とトレンチゲート型MOSトランジスタのゲ
ートトレンチ82とドレイン領域用トレンチ83(図示
は省略したがバイポーラトランジスタのコレクタ領域用
トレンチもトレンチ83と同様)を同時に形成する。
As shown in FIG. 13A, the SOI layer 3 is etched by using the patterned oxide film 80 on the SOI layer 3 of the SOI substrate as a mask to etch the element isolation trench 81 and the trench gate type MOS transistor. A gate trench 82 and a drain region trench 83 (not shown, the collector region trench of the bipolar transistor is similar to the trench 83) are formed at the same time.

【0043】そして、図13(b)に示すように、各ト
レンチに対しドレイン領域用トレンチ83(コレクタ領
域用トレンチも同様)の内部のみが埋まるようにトレン
チ側面に酸化膜84を形成する。換言すれば、そうなる
ように各トレンチの幅を設計する。さらに、図13
(c)に示すように、ゲートトレンチ82の内部が埋ま
り、素子分離用トレンチ81の内部が埋まらないように
不純物ドープトポリシリコン膜(ゲート電極材料膜)8
5を成膜する。換言すれば、そうなるようにゲートトレ
ンチ82の幅と不純物ドープトポリシリコン膜85の膜
厚を設計する。そして、図13(d)に示すように、エ
ッチバックすると、トレンチ82内には不純物ドープト
ポリシリコン膜85が残り、トレンチ81内からは除去
される。
Then, as shown in FIG. 13B, an oxide film 84 is formed on the side surface of the trench so that only the inside of the drain region trench 83 (same for the collector region trench) is filled in each trench. In other words, the width of each trench is designed to do so. Furthermore, FIG.
As shown in (c), the impurity-doped polysilicon film (gate electrode material film) 8 is formed so that the inside of the gate trench 82 is filled and the inside of the element isolation trench 81 is not filled.
5 is formed into a film. In other words, the width of the gate trench 82 and the film thickness of the impurity-doped polysilicon film 85 are designed so as to do so. Then, as shown in FIG. 13D, when the etch back is performed, the impurity-doped polysilicon film 85 remains in the trench 82 and is removed from the trench 81.

【0044】引き続き、図14(a)に示すように、C
VD酸化膜86をデポして素子分離用トレンチ81の内
部をCVD酸化膜86で埋め込む。そして、CVD酸化
膜86のエッチバックまたはCMPで平坦化する。さら
に、図14(b)に示すように、ウェットエッチングに
よりドレイン領域用トレンチ83(コレクタ領域用トレ
ンチについても同様)の内部の酸化膜を除去する。そし
て、図14(c)に示すように、ドレイン領域用トレン
チ83(コレクタ領域用トレンチについても同様)の内
部に金属膜(電極材料膜)87を充填する。即ち、金属
膜87を埋め込んでドレイン・コレクタ電極とする。
Continuing, as shown in FIG.
The VD oxide film 86 is deposited to fill the inside of the element isolation trench 81 with the CVD oxide film 86. Then, the CVD oxide film 86 is flattened by etching back or CMP. Further, as shown in FIG. 14B, the oxide film inside the drain region trench 83 (the same applies to the collector region trench) is removed by wet etching. Then, as shown in FIG. 14C, a metal film (electrode material film) 87 is filled in the drain region trench 83 (the same applies to the collector region trench). That is, the metal film 87 is embedded to form a drain / collector electrode.

【0045】このように本実施形態によっても、素子分
離用トレンチ81とゲートトレンチ82とドレイン領域
用トレンチ83とコレクタ領域用トレンチを同時に形成
することができるようになる。
As described above, according to this embodiment, the element isolation trench 81, the gate trench 82, the drain region trench 83, and the collector region trench can be simultaneously formed.

【0046】本実施形態においても、素子分離用トレン
チとトレンチゲート型MOSトランジスタのゲートトレ
ンチとドレイン領域をより簡便に形成しようとする場合
に適用してもよい(例えば、バイポーラトランジスタが
集積化されていない場合)。 (第6の実施の形態)次に、第6の実施の形態を、第1
〜第5の実施の形態との相違点を中心に説明する。
The present embodiment may also be applied to the case where the element isolation trench, the gate trench and the drain region of the trench gate type MOS transistor are to be formed more simply (for example, the bipolar transistor is integrated. If not). (Sixth Embodiment) Next, a sixth embodiment will be described.
The differences from the fifth embodiment will be mainly described.

【0047】本実施の形態は、第1〜第5の実施の形態
での各製造方法に加えて、図1でのトレンチゲート型M
OSトランジスタのチャネル領域とソース領域の製造方
法に特徴がある。図1に代わる本実施形態における半導
体装置を図15に示す。図15の半導体装置におけるト
レンチゲート型MOSトランジスタは図16に示す構成
となっている。
In this embodiment, in addition to the manufacturing methods of the first to fifth embodiments, the trench gate type M shown in FIG.
The method of manufacturing the channel region and the source region of the OS transistor is characterized. A semiconductor device according to the present embodiment, which is an alternative to FIG. 1, is shown in FIG. The trench gate type MOS transistor in the semiconductor device of FIG. 15 has the structure shown in FIG.

【0048】図16において、(110)面を主面とす
るN型シリコン層(厚さ1〜100μm)3にチャネル
P領域92が形成されるとともに、チャネルP領域92
での表面側(内部側)にN+ソース領域93が形成され
ている。このチャネルP領域92とN+ソース領域93
には、エピタキシャル成長による不純物ドープトシリコ
ン層を用いている。また、チャネルP領域92の表層部
にはP+コンタクト領域94が形成されている。さら
に、N型シリコン層3(及び埋め込んでエピ層)にはゲ
ートトレンチ95が形成され、ゲートトレンチ95の側
面にはゲート酸化膜96が形成されるとともに、ゲート
酸化膜96の内方にはポリシリコンゲート電極97が充
填されている。N型シリコン層3でのチャネルP領域9
2から離間した部位においてN+ドレイン領域91が形
成されている。
In FIG. 16, the channel P region 92 is formed in the N-type silicon layer (thickness 1 to 100 μm) 3 having the (110) plane as the main surface, and the channel P region 92 is formed.
The N + source region 93 is formed on the front surface side (inner side). This channel P region 92 and N + source region 93
For this, an impurity-doped silicon layer formed by epitaxial growth is used. Further, a P + contact region 94 is formed in the surface layer portion of the channel P region 92. Furthermore, a gate trench 95 is formed in the N-type silicon layer 3 (and the buried epi layer), a gate oxide film 96 is formed on the side surface of the gate trench 95, and a poly-silicon film is formed inside the gate oxide film 96. The silicon gate electrode 97 is filled. Channel P region 9 in N-type silicon layer 3
An N + drain region 91 is formed in a portion separated from 2.

【0049】次に、製造方法について説明する。図17
(a)に示すように、N-シリコン基板100の表層部
にi層101を形成する。そして、図17(b)に示す
ように、イオン注入と熱拡散によりシリコン基板100
に深い拡散領域(1×1018cm-3以上のドーパント濃
度)102を形成するとともに所定領域に浅い拡散領域
(埋込N+層)103を形成する。さらに、図17
(c)に示すように、この基板100の上下を逆にし、
シリコン基板104の上に絶縁膜105を介してシリコ
ン基板100を貼り合わせる。そして、シリコン基板1
00を薄膜化することにより、SOI基板が得られる。
Next, the manufacturing method will be described. FIG. 17
As shown in (a), the i layer 101 is formed on the surface layer portion of the N silicon substrate 100. Then, as shown in FIG. 17B, the silicon substrate 100 is formed by ion implantation and thermal diffusion.
A deep diffusion region (dopant concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more) 102 is formed at the same time, and a shallow diffusion region (embedded N + layer) 103 is formed at a predetermined region. Furthermore, FIG.
As shown in (c), the substrate 100 is turned upside down,
The silicon substrate 100 is attached onto the silicon substrate 104 with the insulating film 105 interposed therebetween. And the silicon substrate 1
An SOI substrate is obtained by thinning 00.

【0050】引き続き、図18(a)に示すように、S
OI層100に対し異方性ウェットエッチング(例えば
TMAHエッチ)またはドライエッチングを行いトレン
チ106を形成する。トレンチ106を形成する領域
は、トレンチゲート型MOSトランジスタのチャネル領
域およびソース領域となる部位である。さらに、図18
(b)に示すように、連続したエピタキシャル成長にて
トレンチ106内にチャネルP領域(エピ拡散層)10
7とN+ソース領域(エピ拡散層)108を形成し、引
き続き、CMP(研磨)により表面を平坦化する。
Subsequently, as shown in FIG. 18A, S
The trench 106 is formed by performing anisotropic wet etching (for example, TMAH etching) or dry etching on the OI layer 100. The region where the trench 106 is formed is a portion that will be a channel region and a source region of the trench gate type MOS transistor. Furthermore, FIG.
As shown in (b), the channel P region (epi diffusion layer) 10 is formed in the trench 106 by continuous epitaxial growth.
7 and N + source region (epi diffusion layer) 108 are formed, and then the surface is flattened by CMP (polishing).

【0051】その後、図18(c)に示すように、イオ
ン注入と熱拡散によりシリコン層100に対し深いN+
拡散領域102に達する拡散領域110を形成する。さ
らに、図19(a)に示すように、各トレンチ(素子分
離用トレンチ111a、ゲートトレンチ111b)を形
成するとともに各トレンチ内に酸化膜112を介してポ
リシリコン膜113を充填する。即ち、SOI基板の主
面から、側面が(111)となる素子分離用トレンチ1
11aと、側面が(100)となるゲートトレンチ11
1bを異方性ドライエッチングにより同時に形成し、こ
のトレンチ側面に対しライトエッチ或いは犠牲酸化によ
りダメージ層を除去した後、ゲート酸化を行うことによ
り、素子分離用トレンチ側の酸化膜を100nm〜30
0nm形成し、同時にゲートトレンチ側の酸化膜を50
〜150nm形成する。そして、トレンチ内に不純物ド
ープトポリシリコン膜を埋め込み、エッチバック及びパ
ターニングによりゲート電極を形成する。
Then, as shown in FIG. 18C, deep N + is formed in the silicon layer 100 by ion implantation and thermal diffusion.
A diffusion region 110 that reaches the diffusion region 102 is formed. Further, as shown in FIG. 19A, each trench (element isolation trench 111a, gate trench 111b) is formed, and each trench is filled with a polysilicon film 113 via an oxide film 112. That is, the element isolation trench 1 whose side surface is (111) from the main surface of the SOI substrate
11a and the gate trench 11 whose side surface is (100)
1b is formed at the same time by anisotropic dry etching, and the side surface of the trench is removed by light etching or sacrificial oxidation to remove the damaged layer, and then gate oxidation is performed to form an oxide film on the element isolation trench side from 100 nm to 30 nm.
0 nm thick, and at the same time 50 nm oxide film on the gate trench side.
-150 nm is formed. Then, an impurity-doped polysilicon film is buried in the trench, and a gate electrode is formed by etching back and patterning.

【0052】そして、図19(b)に示すように、所望
の拡散処理を行う。即ち、表面からのイオン注入、拡散
によりCMOSとバイポーラトランジスタとトレンチゲ
ートLDMOSの拡散層を形成する。この図19(b)
においてSOI層3でのバイポーラトランジスタとCM
OSの底部に、1×1018cm-3以上のドーパント濃度
を有する領域101,103が在る。
Then, as shown in FIG. 19B, a desired diffusion process is performed. That is, the diffusion layer of the CMOS, the bipolar transistor, and the trench gate LDMOS is formed by ion implantation and diffusion from the surface. This FIG. 19 (b)
And the bipolar transistor and the CM in the SOI layer 3
At the bottom of the OS, there are regions 101 and 103 having a dopant concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more.

【0053】このように、第1〜第5の実施の形態での
各製造方法に加えて、素子分離用トレンチとゲートトレ
ンチを形成する前に、単結晶半導体層3におけるトレン
チゲート型MOSトランジスタのチャネル領域およびソ
ース領域となる部位に異方性ウェットエッチング或いは
ドライエッチングにより別のトレンチ106を形成し、
連続したエピタキシャル成長によりトレンチ106内に
不純物ドープトシリコン層(不純物ドープト半導体層)
107,108を形成してチャネル領域およびソース領
域とした。よって、トレンチゲート型MOSトランジス
タ(横型トレンチゲートパワーMOS)のソース領域、
チャネル領域の形成方法として、トレンチを掘って半導
体層をエピタキシャル成長させることにより、不純物濃
度分布に関して深さ方向に均一な濃度分布が形成可能と
なり、電流の偏りがない低オン抵抗なパワーMOSとす
ることが可能となる。また、チャネル領域やソース領域
をイオン注入による不純物拡散層で形成する場合には拡
散層の横拡がりにより占有面積が大きくなりやすいが、
エピ層にて構成すると小型化することが可能となる。
As described above, in addition to the manufacturing methods of the first to fifth embodiments, before forming the element isolation trench and the gate trench, the trench gate type MOS transistor in the single crystal semiconductor layer 3 is formed. Another trench 106 is formed by anisotropic wet etching or dry etching in the portions to be the channel region and the source region,
Impurity-doped silicon layer (impurity-doped semiconductor layer) is formed in the trench 106 by continuous epitaxial growth.
107 and 108 were formed as a channel region and a source region. Therefore, the source region of the trench gate type MOS transistor (lateral trench gate power MOS),
As a method for forming the channel region, a trench is dug and a semiconductor layer is epitaxially grown, whereby a uniform concentration distribution can be formed in the depth direction with respect to the impurity concentration distribution, and a low on-resistance power MOS with no current bias is obtained. Is possible. Further, when the channel region and the source region are formed by the impurity diffusion layer by ion implantation, the occupied area tends to be large due to the lateral expansion of the diffusion layer,
If the epi layer is used, the size can be reduced.

【0054】別の例として、図20に示すように、トレ
ンチゲートLDMOSにおけるドレイン領域150を、
図10,11を用いて説明した手法を利用して図20の
トレンチ151内の不純物ドープトポリシリコン膜15
2での不純物を熱処理により拡散させることにより形成
してもよい。このようにすると、図15での上下両面か
らのイオン注入によりドレイン領域91を形成する場合
に比べ、横方向のドレイン領域の拡がりを抑えることが
可能となり素子の小型化を図ることができる。
As another example, as shown in FIG. 20, the drain region 150 in the trench gate LDMOS is
Using the method described with reference to FIGS. 10 and 11, the impurity-doped polysilicon film 15 in the trench 151 of FIG. 20 is used.
It may be formed by diffusing the impurities in 2 by heat treatment. By doing so, compared to the case where the drain region 91 is formed by ion implantation from both the upper and lower surfaces in FIG. 15, it is possible to suppress the expansion of the drain region in the lateral direction, and it is possible to reduce the size of the element.

【0055】他の別例として、図21に示すように、素
子分離用トレンチとゲートトレンチを形成する前に、S
OI層3におけるトレンチゲート型MOSトランジスタ
のドリフト領域の一部(符号120で表す箇所)、チャ
ネル領域(符号92で表す箇所)およびソース領域(符
号93で表す箇所)となる部位に異方性ウェットエッチ
ング或いはドライエッチングにより別のトレンチ121
を形成し、連続したエピタキシャル成長によりトレンチ
121内に不純物ドープト半導体層120,92,93
を形成してドリフト領域の一部、チャネル領域およびソ
ース領域としてもよい。なお、エピ成長後はCMPによ
り表面を平坦化する。
As another example, as shown in FIG. 21, before forming the element isolation trench and the gate trench, S
Anisotropic wet is applied to a part of the drift region of the trench gate type MOS transistor in the OI layer 3 (the portion indicated by the reference numeral 120), the channel region (the portion indicated by the reference numeral 92) and the source region (the portion indicated by the reference numeral 93). Another trench 121 by etching or dry etching
And the impurity-doped semiconductor layers 120, 92, 93 are formed in the trench 121 by continuous epitaxial growth.
May be formed as a part of the drift region, the channel region and the source region. After the epitaxial growth, the surface is flattened by CMP.

【0056】あるいは、図22に示すように、素子分離
用トレンチとゲートトレンチを形成する前に、単結晶半
導体層におけるトレンチゲート型MOSトランジスタの
ドレイン領域(符号130で表す箇所)、ドリフト領域
(符号131で表す箇所)、チャネル領域(符号92で
表す箇所)およびソース領域(符号93で表す箇所)と
なる部位に異方性ウェットエッチング或いはドライエッ
チングにより別のトレンチ132を形成し、連続したエ
ピタキシャル成長によりトレンチ132内に不純物ドー
プト半導体層130,131,92,93を形成してド
レイン領域、ドリフト領域、チャネル領域およびソース
領域としてもよい。なお、エピ成長後はCMPにより表
面を平坦化する。
Alternatively, as shown in FIG. 22, before forming the element isolating trench and the gate trench, the drain region (the place indicated by the reference numeral 130) and the drift region (the reference numeral 130) of the trench gate type MOS transistor in the single crystal semiconductor layer. 131), a channel region (a place indicated by a reference numeral 92) and a source region (a place indicated by a reference numeral 93), another trench 132 is formed by anisotropic wet etching or dry etching, and a continuous epitaxial growth is performed. The impurity-doped semiconductor layers 130, 131, 92, 93 may be formed in the trench 132 to serve as a drain region, a drift region, a channel region and a source region. After the epitaxial growth, the surface is flattened by CMP.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施の形態における半導体装置の縦断面図。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment.

【図2】パワートランジスタの詳細図。FIG. 2 is a detailed view of a power transistor.

【図3】パワートランジスタの動作説明のための図。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of a power transistor.

【図4】第1の実施の形態での製造工程を説明するため
の縦断面図。
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view for explaining the manufacturing process in the first embodiment.

【図5】面方位を説明するための図。FIG. 5 is a diagram for explaining plane orientations.

【図6】面方位を説明するための図。FIG. 6 is a diagram for explaining plane orientations.

【図7】第2の実施の形態での製造工程を説明するため
の縦断面図。
FIG. 7 is a vertical cross-sectional view for explaining a manufacturing process in the second embodiment.

【図8】第3の実施の形態での製造工程を説明するため
の縦断面図。
FIG. 8 is a vertical cross-sectional view for explaining the manufacturing process in the third embodiment.

【図9】第3の実施の形態での製造工程を説明するため
の縦断面図。
FIG. 9 is a vertical cross-sectional view for explaining the manufacturing process in the third embodiment.

【図10】第4の実施の形態での製造工程を説明するた
めの縦断面図。
FIG. 10 is a vertical cross-sectional view for explaining the manufacturing process in the fourth embodiment.

【図11】第4の実施の形態での製造工程を説明するた
めの縦断面図。
FIG. 11 is a vertical cross-sectional view for explaining the manufacturing process in the fourth embodiment.

【図12】別例の製造工程を説明するための縦断面図。FIG. 12 is a vertical sectional view for explaining another manufacturing process.

【図13】第5の実施の形態での製造工程を説明するた
めの縦断面図。
FIG. 13 is a vertical cross-sectional view for explaining the manufacturing process in the fifth embodiment.

【図14】第5の実施の形態での製造工程を説明するた
めの縦断面図。
FIG. 14 is a vertical cross-sectional view for explaining the manufacturing process in the fifth embodiment.

【図15】実施の形態における半導体装置の縦断面図。FIG. 15 is a vertical cross-sectional view of a semiconductor device in an embodiment.

【図16】パワートランジスタの詳細図。FIG. 16 is a detailed view of a power transistor.

【図17】第6の実施の形態での製造工程を説明するた
めの縦断面図。
FIG. 17 is a vertical cross-sectional view for explaining the manufacturing process in the sixth embodiment.

【図18】第6の実施の形態での製造工程を説明するた
めの縦断面図。
FIG. 18 is a vertical cross-sectional view for explaining the manufacturing process in the sixth embodiment.

【図19】第6の実施の形態での製造工程を説明するた
めの縦断面図。
FIG. 19 is a vertical cross-sectional view for explaining the manufacturing process in the sixth embodiment.

【図20】別例の半導体装置の縦断面図。FIG. 20 is a vertical cross-sectional view of a semiconductor device of another example.

【図21】実施の形態におけるパワートランジスタの縦
断面図。
FIG. 21 is a vertical cross-sectional view of the power transistor according to the embodiment.

【図22】実施の形態におけるパワートランジスタの縦
断面図。
FIG. 22 is a vertical cross-sectional view of the power transistor according to the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、2…シリコン酸化膜、3…単結晶シ
リコン層、40…高濃度層、41…高濃度層、42…素
子分離用トレンチ、43…ゲートトレンチ、44…酸化
膜、45…ゲート酸化膜、50…トレンチ、51…ゲー
トトレンチ、52…酸化膜、53…ゲート酸化膜、60
…素子分離用トレンチ、61…ゲートトレンチ、62…
酸化膜、63…ポリシリコン膜、71…素子分離用トレ
ンチ、72…ゲートトレンチ、73…ドレイン領域用ト
レンチ、74…酸化膜、75…不純物ドープトポリシリ
コン膜、81…素子分離用トレンチ、82…ゲートトレ
ンチ、83…ドレイン領域用トレンチ、84…酸化膜、
85…不純物ドープトポリシリコン膜、87…金属電極
膜、92…チャネル領域、93…ソース領域、106…
トレンチ、107…エピ層(チャネル領域)、108…
エピ層(ソース領域)、120…エピ層(ドリフト領域
の一部)、121…トレンチ、130…エピ層(ドレイ
ン領域)、131…エピ層(ドリフト領域)、132…
トレンチ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Silicon oxide film, 3 ... Single crystal silicon layer, 40 ... High concentration layer, 41 ... High concentration layer, 42 ... Element isolation trench, 43 ... Gate trench, 44 ... Oxide film, 45 ... Gate Oxide film, 50 ... Trench, 51 ... Gate trench, 52 ... Oxide film, 53 ... Gate oxide film, 60
... Element isolation trenches, 61 ... Gate trenches, 62 ...
Oxide film, 63 ... Polysilicon film, 71 ... Element isolation trench, 72 ... Gate trench, 73 ... Drain region trench, 74 ... Oxide film, 75 ... Impurity-doped polysilicon film, 81 ... Element isolation trench, 82 ... Gate trench, 83 ... Drain region trench, 84 ... Oxide film,
85 ... Impurity-doped polysilicon film, 87 ... Metal electrode film, 92 ... Channel region, 93 ... Source region, 106 ...
Trench, 107 ... Epi layer (channel region), 108 ...
Epi layer (source region), 120 ... Epi layer (part of drift region), 121 ... Trench, 130 ... Epi layer (drain region), 131 ... Epi layer (drift region), 132 ...
Trench.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/8249 H01L 29/78 613A 27/06 620 27/08 331 21/76 L 27/06 321C 29/732 101U 29/786 29/72 P 21/76 D (72)発明者 野田 理崇 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 5F003 AZ03 BA25 BA27 BC08 BJ15 BP11 5F032 AA01 AA35 AA45 AA47 CA03 CA17 CA18 CA20 DA25 DA43 DA47 DA53 5F048 AA04 AA05 AA09 AC03 AC05 AC06 BA10 BA16 BB05 BB19 BB20 BC03 BE01 BE03 BG14 CA03 CA04 CA07 DA06 5F082 AA40 BA05 BA06 BA21 BA47 BC09 CA06 EA12 EA14 EA15 5F110 AA16 AA30 BB04 BB12 CC02 CC10 DD05 DD13 EE09 EE22 FF02 GG02 GG12 GG22 GG34 GG52 GG53 HM12 NN62 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 21/8249 H01L 29/78 613A 27/06 620 27/08 331 21/76 L 27/06 321C 29 / 732 101U 29/786 29/72 P 21/76 D (72) Inventor Ritaka Noda 1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi prefecture F-term in DENSO stock company (reference) 5F003 AZ03 BA25 BA27 BC08 BJ15 BP11 5F032 AA01 AA35 AA45 AA47 CA03 CA17 CA18 CA20 DA25 DA43 DA47 DA53 5F048 AA04 AA05 AA09 AC03 AC05 AC06 BA10 BA16 BB05 BB19 BB20 BC03 BE01 BE03 BG14 CA03 CA04 CA07 DA06 5F082 CC10 A02 BB15A10 A02 BC15 CA06 A04 A15 A06A06 A15A06 CA12 CA04 EA12 A15A06 CA12 AA5A08A15 AA5 A4 A5 A4 A5 A4 A5 A4 A5 A4 A5 A4 A5 A4 A5 A4 A4 A5 A5 A4 DD13 EE09 EE22 FF02 GG02 GG12 GG22 GG34 GG52 GG53 HM12 NN62

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板の上に絶縁膜を介して単結晶半導体層
が形成されるとともに、単結晶半導体層において前記絶
縁膜に達する素子分離用トレンチが形成され、このトレ
ンチにて区画された素子形成島にトレンチゲート型MO
Sトランジスタを形成した半導体装置の製造方法であっ
て、 基板の上に絶縁膜を介して配置した単結晶半導体層にお
ける前記素子分離用トレンチの側面の形成予定領域の不
純物濃度を1×1018cm-3以上にするとともに前記ト
レンチゲート型MOSトランジスタでのゲートトレンチ
の側面の形成予定領域の不純物濃度を1×1018cm-3
未満にする工程と、 単結晶半導体層をエッチングして素子分離用トレンチと
トレンチゲート型MOSトランジスタのゲートトレンチ
を同時に形成する工程と、 熱酸化により、素子分離用トレンチの側面に厚い酸化膜
を、また、ゲートトレンチの側面に薄いゲート酸化膜を
同時に形成する工程と、 ゲートトレンチ内でのゲート酸化膜の内方にゲート電極
材料膜を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
1. A single crystal semiconductor layer is formed on a substrate via an insulating film, and an element isolation trench reaching the insulating film is formed in the single crystal semiconductor layer, and an element partitioned by the trench is formed. Trench gate type MO on formation island
A method of manufacturing a semiconductor device in which an S transistor is formed, wherein an impurity concentration of a planned formation region of a side surface of the element isolation trench in a single crystal semiconductor layer arranged on a substrate with an insulating film interposed therebetween is 1 × 10 18 cm 2. -3 or more, and the impurity concentration of the region to be formed on the side surface of the gate trench in the trench gate type MOS transistor is 1 × 10 18 cm -3.
And a step of simultaneously etching the single crystal semiconductor layer to form the element isolation trench and the gate trench of the trench gate type MOS transistor, and a thick oxide film is formed on the side surface of the element isolation trench by thermal oxidation. A semiconductor device comprising: a step of simultaneously forming a thin gate oxide film on a side surface of the gate trench; and a step of forming a gate electrode material film inside the gate oxide film in the gate trench. Manufacturing method.
【請求項2】基板の上に絶縁膜を介して単結晶半導体層
が形成されるとともに、単結晶半導体層において前記絶
縁膜に達する素子分離用トレンチが形成され、このトレ
ンチにて区画された素子形成島にトレンチゲート型MO
Sトランジスタを形成した半導体装置の製造方法であっ
て、 基板の上に絶縁膜を介して配置した単結晶半導体層をエ
ッチングして、側面が(111)面または(110)面
となる素子分離用トレンチと、側面が(100)面とな
るトレンチゲート型MOSトランジスタのゲートトレン
チを同時に形成する工程と、 熱酸化により、素子分離用トレンチの側面に厚い酸化膜
を、また、ゲートトレンチの側面に薄いゲート酸化膜を
同時に形成する工程と、 ゲートトレンチ内でのゲート酸化膜の内方にゲート電極
材料膜を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
2. A single crystal semiconductor layer is formed on a substrate via an insulating film, and an element isolation trench reaching the insulating film is formed in the single crystal semiconductor layer, and an element partitioned by the trench is formed. Trench gate type MO on formation island
A method for manufacturing a semiconductor device in which an S transistor is formed, wherein a side surface is a (111) plane or a (110) plane by etching a single crystal semiconductor layer arranged on a substrate with an insulating film interposed therebetween. A step of simultaneously forming a trench and a gate trench of a trench gate type MOS transistor whose side surface is a (100) plane, and a thick oxide film on the side surface of the element isolation trench and a thin film on the side surface of the gate trench by thermal oxidation. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of simultaneously forming a gate oxide film; and a step of forming a gate electrode material film inside a gate oxide film in a gate trench.
【請求項3】基板の上に絶縁膜を介して単結晶半導体層
が形成されるとともに、単結晶半導体層において前記絶
縁膜に達する素子分離用トレンチが形成され、このトレ
ンチにて区画された素子形成島にトレンチゲート型MO
Sトランジスタを形成した半導体装置の製造方法であっ
て、 基板の上に絶縁膜を介して配置した単結晶半導体層にお
ける前記素子分離用トレンチの側面の形成予定領域の不
純物濃度を1×1018cm-3以上にするとともに前記ト
レンチゲート型MOSトランジスタでのゲートトレンチ
の側面の形成予定領域の不純物濃度を1×1018cm-3
未満にする工程と、 前記単結晶半導体層をエッチングして、側面が(11
1)面または(110)面となる素子分離用トレンチ
と、側面が(100)面となるトレンチゲート型MOS
トランジスタのゲートトレンチを同時に形成する工程
と、 熱酸化により、素子分離用トレンチの側面に厚い酸化膜
を、また、ゲートトレンチの側面に薄いゲート酸化膜を
同時に形成する工程と、 ゲートトレンチ内でのゲート酸化膜の内方にゲート電極
材料膜を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
3. A single crystal semiconductor layer is formed on a substrate via an insulating film, and an element isolation trench reaching the insulating film is formed in the single crystal semiconductor layer, and an element partitioned by this trench is formed. Trench gate type MO on formation island
A method of manufacturing a semiconductor device in which an S transistor is formed, wherein an impurity concentration of a planned formation region of a side surface of the element isolation trench in a single crystal semiconductor layer arranged on a substrate with an insulating film interposed therebetween is 1 × 10 18 cm 2. -3 or more, and the impurity concentration of the region to be formed on the side surface of the gate trench in the trench gate type MOS transistor is 1 × 10 18 cm -3.
And a step of etching the single crystal semiconductor layer so that the side surface has (11
1) or (110) plane element isolation trenches and trench gate type MOS whose side surfaces are (100) planes
The process of simultaneously forming the gate trench of the transistor, the process of forming a thick oxide film on the side face of the isolation trench by thermal oxidation, and the process of forming the thin gate oxide film on the side face of the gate trench at the same time, And a step of forming a gate electrode material film inside the gate oxide film.
【請求項4】基板の上に絶縁膜を介して単結晶半導体層
が形成されるとともに、単結晶半導体層において前記絶
縁膜に達する素子分離用トレンチが形成され、このトレ
ンチにて区画された素子形成島にトレンチゲート型MO
Sトランジスタを形成した半導体装置の製造方法であっ
て、 基板の上に絶縁膜を介して配置した単結晶半導体層をエ
ッチングしてトレンチゲート型MOSトランジスタのゲ
ートトレンチ形成領域に単一のトレンチを、また、素子
分離用トレンチ形成領域に複数のトレンチを、同時に形
成する工程と、 前記素子分離用トレンチ形成領域に形成した複数のトレ
ンチの側面に酸化膜を、また、ゲートトレンチ形成領域
に形成したトレンチの側面にゲート酸化膜を同時に形成
する工程と、 ゲートトレンチ形成領域に形成したトレンチ内でのゲー
ト酸化膜の内方にゲート電極材料膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. A single crystal semiconductor layer is formed on a substrate via an insulating film, and an element isolation trench reaching the insulating film is formed in the single crystal semiconductor layer, and an element partitioned by this trench is formed. Trench gate type MO on formation island
A method of manufacturing a semiconductor device in which an S transistor is formed, wherein a single crystal semiconductor layer disposed on a substrate via an insulating film is etched to form a single trench in a gate trench formation region of a trench gate type MOS transistor. Also, a step of simultaneously forming a plurality of trenches in the element isolation trench formation region, an oxide film on the side surfaces of the plurality of trenches formed in the element isolation trench formation region, and a trench formed in the gate trench formation region A step of simultaneously forming a gate oxide film on the side surface of the gate electrode, and a step of forming a gate electrode material film inside the gate oxide film in the trench formed in the gate trench formation region,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項5】基板の上に絶縁膜を介して単結晶半導体層
が形成されるとともに、単結晶半導体層において前記絶
縁膜に達する素子分離用トレンチが形成され、このトレ
ンチにて区画された素子形成島にトレンチゲート型MO
Sトランジスタを形成した半導体装置の製造方法であっ
て、 基板の上に絶縁膜を介して配置した単結晶半導体層にお
ける前記素子分離用トレンチの側面の形成予定領域の不
純物濃度を1×1018cm-3以上にするとともに前記ト
レンチゲート型MOSトランジスタでのゲートトレンチ
の側面の形成予定領域の不純物濃度を1×1018cm-3
未満にする工程と、 単結晶半導体層をエッチングして、トレンチゲート型M
OSトランジスタのゲートトレンチ形成領域に側面が
(100)面となる単一のトレンチを、また、素子分離
用トレンチ形成領域に側面が(111)面または(11
0)面となるトレンチを複数並べたものを、同時に形成
する工程と、 熱酸化により、前記素子分離用トレンチ形成領域に形成
した複数のトレンチの側面に厚い酸化膜を、また、ゲー
トトレンチ形成領域に形成したトレンチの側面に薄いゲ
ート酸化膜を同時に形成する工程と、 ゲートトレンチ形成領域に形成したトレンチ内でのゲー
ト酸化膜の内方にゲート電極材料膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. A single crystal semiconductor layer is formed on a substrate via an insulating film, and an element isolation trench reaching the insulating film is formed in the single crystal semiconductor layer, and an element partitioned by the trench is formed. Trench gate type MO on formation island
A method of manufacturing a semiconductor device in which an S transistor is formed, wherein an impurity concentration of a formation planned region on a side surface of the element isolation trench in a single crystal semiconductor layer arranged on a substrate with an insulating film interposed therebetween is 1 × 10 18 cm 2. -3 or more, and the impurity concentration of the region to be formed on the side surface of the gate trench in the trench gate type MOS transistor is 1 × 10 18 cm -3.
And a step of making the single crystal semiconductor layer into a trench gate type M
A single trench whose side surface is a (100) plane is formed in the gate trench formation region of the OS transistor, and a side surface is a (111) plane or (11) plane in the element isolation trench formation region.
The step of simultaneously forming a plurality of trenches to be the (0) plane, and a thick oxide film on the side surfaces of the plurality of trenches formed in the element isolation trench formation region by thermal oxidation, and the gate trench formation region. A step of simultaneously forming a thin gate oxide film on the side surface of the trench formed in, and a step of forming a gate electrode material film inside the gate oxide film in the trench formed in the gate trench formation region,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項6】基板の上に絶縁膜を介して単結晶半導体層
が形成されるとともに、単結晶半導体層において前記絶
縁膜に達する素子分離用トレンチが形成され、このトレ
ンチにて区画された素子形成島にトレンチゲート型MO
Sトランジスタを形成した半導体装置の製造方法であっ
て、 基板の上に絶縁膜を介して配置した単結晶半導体層をエ
ッチングして素子分離用トレンチとトレンチゲート型M
OSトランジスタのゲートトレンチを同時に形成する工
程と、 素子分離用トレンチとトレンチゲート型MOSトランジ
スタのゲートトレンチに対しゲートトレンチ側が完全に
埋まり、素子分離用トレンチ側が埋まらないようにトレ
ンチ側面の酸化膜とその内方の電極材料膜を形成する工
程と、 前記電極材料膜をエッチバックして、素子分離用トレン
チの内部の電極材料膜を除去するとともにゲートトレン
チの内部の電極材料膜を残す工程と、を備えたことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
6. A single crystal semiconductor layer is formed on a substrate via an insulating film, and an element isolation trench is formed in the single crystal semiconductor layer to reach the insulating film, and the element is divided by this trench. Trench gate type MO on formation island
A method of manufacturing a semiconductor device in which an S transistor is formed, wherein a trench for element isolation and a trench gate type M are formed by etching a single crystal semiconductor layer disposed on a substrate via an insulating film.
The step of simultaneously forming the gate trench of the OS transistor, and the oxide film on the side surface of the trench so as to completely fill the gate trench side with respect to the element isolation trench and the gate trench of the trench gate type MOS transistor and not to fill the element isolation trench side. A step of forming an inner electrode material film, and a step of etching back the electrode material film to remove the electrode material film inside the element isolation trench and leave the electrode material film inside the gate trench. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項7】基板の上に絶縁膜を介して単結晶半導体層
が形成されるとともに、単結晶半導体層において前記絶
縁膜に達する素子分離用トレンチが形成され、このトレ
ンチにて区画された素子形成島にトレンチゲート型MO
Sトランジスタを形成した半導体装置の製造方法であっ
て、 基板の上に絶縁膜を介して配置した単結晶半導体層をエ
ッチングして素子分離用トレンチとトレンチゲート型M
OSトランジスタのゲートトレンチとドレイン領域用ト
レンチを同時に形成する工程と、 素子分離用トレンチとトレンチゲート型MOSトランジ
スタのゲートトレンチとドレイン領域用トレンチに対し
側面に酸化膜を形成した後において素子分離用トレンチ
内とドレイン領域用トレンチ内の酸化膜についてはウェ
ットエッチング液が回り込み、ゲートトレンチ内の酸化
膜についてはウェットエッチング液が回り込まないよう
にして素子分離用トレンチ内とドレイン領域用トレンチ
内の酸化膜を除去する工程と、 ゲートトレンチの内部およびドレイン領域用トレンチの
内部に電極材料膜を形成する工程と、を備えたことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
7. A single crystal semiconductor layer is formed on a substrate via an insulating film, and an element isolation trench reaching the insulating film is formed in the single crystal semiconductor layer, and an element partitioned by the trench is formed. Trench gate type MO on formation island
A method of manufacturing a semiconductor device in which an S transistor is formed, wherein a trench for element isolation and a trench gate type M are formed by etching a single crystal semiconductor layer disposed on a substrate via an insulating film.
A step of simultaneously forming a gate trench and a drain region trench of an OS transistor, and an element isolation trench after an oxide film is formed on the side surface of the device isolation trench and the trench gate type drain transistor trench of the gate type MOS transistor. Wet etching solution wraps around the oxide film inside and inside the drain region trench, and prevents wet etching liquid from wrapping around the oxide film inside the gate trench. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a removing step; and a step of forming an electrode material film inside a gate trench and inside a drain region trench.
【請求項8】基板の上に絶縁膜を介して単結晶半導体層
が形成されるとともに、単結晶半導体層において前記絶
縁膜に達する素子分離用トレンチが形成され、このトレ
ンチにて区画された素子形成島にトレンチゲート型MO
Sトランジスタを形成し、他の素子形成島にバイポーラ
トランジスタを形成した半導体装置の製造方法であっ
て、 基板の上に絶縁膜を介して配置した単結晶半導体層をエ
ッチングして素子分離用トレンチとトレンチゲート型M
OSトランジスタのゲートトレンチとドレイン領域用ト
レンチとバイポーラトランジスタのコレクタ領域用トレ
ンチを同時に形成する工程と、 素子分離用トレンチとトレンチゲート型MOSトランジ
スタのゲートトレンチとドレイン領域用トレンチとバイ
ポーラトランジスタのコレクタ領域用トレンチに対し側
面に酸化膜を形成した後において素子分離用トレンチ内
とドレイン領域用トレンチ内とコレクタ領域用トレンチ
内の酸化膜についてはウェットエッチング液が回り込
み、ゲートトレンチ内の酸化膜についてはウェットエッ
チング液が回り込まないようにして素子分離用トレンチ
内とドレイン領域用トレンチ内とコレクタ領域用トレン
チ内の酸化膜を除去する工程と、 ゲートトレンチの内部、ドレイン領域用トレンチの内部
およびコレクタ領域用トレンチの内部に電極材料膜を形
成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
8. A single crystal semiconductor layer is formed on a substrate via an insulating film, and an element isolation trench reaching the insulating film is formed in the single crystal semiconductor layer, and an element partitioned by the trench is formed. Trench gate type MO on formation island
A method for manufacturing a semiconductor device in which an S transistor is formed and a bipolar transistor is formed on another element formation island, wherein a single crystal semiconductor layer disposed on a substrate with an insulating film interposed therebetween is etched to form a trench for element isolation. Trench gate type M
A step of simultaneously forming a gate trench and a drain region trench of an OS transistor, and a collector region trench of a bipolar transistor, an element isolation trench, a gate trench and a drain region trench of a trench gate type MOS transistor, and a bipolar transistor collector region After the oxide film is formed on the side surface of the trench, the wet etching solution wraps around the oxide film in the element isolation trench, the drain region trench, and the collector region trench, and wet etches the oxide film in the gate trench. The process of removing the oxide film in the element isolation trench, the drain region trench, and the collector region trench so that the liquid does not flow around, and the inside of the gate trench, the inside of the drain region trench, and the inside of the trench. The method of manufacturing a semiconductor device characterized by comprising: a step of forming an internal electrode material film Kuta area trenches, the.
【請求項9】基板の上に絶縁膜を介して単結晶半導体層
が形成されるとともに、単結晶半導体層において前記絶
縁膜に達する素子分離用トレンチが形成され、このトレ
ンチにて区画された素子形成島にトレンチゲート型MO
Sトランジスタを形成した半導体装置の製造方法であっ
て、 基板の上に絶縁膜を介して配置した単結晶半導体層をエ
ッチングして素子分離用トレンチとトレンチゲート型M
OSトランジスタのゲートトレンチとドレイン領域用ト
レンチを同時に形成する工程と、 素子分離用トレンチとトレンチゲート型MOSトランジ
スタのゲートトレンチとドレイン領域用トレンチに対し
ドレイン領域用トレンチの内部のみが埋まるようにトレ
ンチ側面に酸化膜を形成する工程と、 ゲートトレンチの内部にゲート電極材料膜を形成すると
ともに、ドレイン領域用トレンチの内部の酸化膜を除去
してから電極材料膜を充填する工程と、を備えたことを
特徴とする半導体装置の製造方法。
9. A single crystal semiconductor layer is formed on a substrate via an insulating film, and an element isolation trench reaching the insulating film is formed in the single crystal semiconductor layer, and an element partitioned by the trench is formed. Trench gate type MO on formation island
A method of manufacturing a semiconductor device in which an S transistor is formed, wherein a trench for element isolation and a trench gate type M are formed by etching a single crystal semiconductor layer disposed on a substrate via an insulating film.
A step of simultaneously forming a gate trench and a drain region trench of an OS transistor, and a trench side surface so that only the inside of the drain region trench is filled with respect to an element isolation trench and a trench gate type drain transistor trench and a drain region trench. A step of forming an oxide film on the gate trench, and a step of forming a gate electrode material film inside the gate trench and removing the oxide film inside the drain region trench before filling the electrode material film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項10】基板の上に絶縁膜を介して単結晶半導体
層が形成されるとともに、単結晶半導体層において前記
絶縁膜に達する素子分離用トレンチが形成され、このト
レンチにて区画された素子形成島にトレンチゲート型M
OSトランジスタを形成し、他の素子形成島にバイポー
ラトランジスタを形成した半導体装置の製造方法であっ
て、 基板の上に絶縁膜を介して配置した単結晶半導体層をエ
ッチングして素子分離用トレンチとトレンチゲート型M
OSトランジスタのゲートトレンチとドレイン領域用ト
レンチとバイポーラトランジスタのコレクタ領域用トレ
ンチを同時に形成する工程と、 素子分離用トレンチとトレンチゲート型MOSトランジ
スタのゲートトレンチとドレイン領域用トレンチとバイ
ポーラトランジスタのコレクタ領域用トレンチに対しド
レイン領域用トレンチとコレクタ領域用トレンチの内部
のみが埋まるようにトレンチ側面に酸化膜を形成する工
程と、 ゲートトレンチの内部にゲート電極材料膜を形成すると
ともに、ドレイン領域用トレンチの内部およびコレクタ
領域用トレンチの内部の酸化膜を除去してから電極材料
膜を充填する工程と、を備えたことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
10. A single crystal semiconductor layer is formed on a substrate via an insulating film, and an element isolation trench reaching the insulating film is formed in the single crystal semiconductor layer, and an element partitioned by the trench is formed. Trench gate type M on formation island
A method for manufacturing a semiconductor device in which an OS transistor is formed and a bipolar transistor is formed on another element formation island, wherein a single crystal semiconductor layer arranged on a substrate with an insulating film interposed therebetween is etched to form a trench for element isolation. Trench gate type M
A step of simultaneously forming a gate trench and a drain region trench of an OS transistor, and a collector region trench of a bipolar transistor, an element isolation trench, a gate trench and a drain region trench of a trench gate type MOS transistor, and a bipolar transistor collector region The process of forming an oxide film on the side surface of the trench so that only the inside of the drain region trench and the collector region trench is filled with the trench, and the gate electrode material film is formed inside the gate trench and the inside of the drain region trench. And a step of removing an oxide film inside the collector region trench and then filling the electrode material film with the oxide film, and a method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項11】請求項1〜10のいずれか1項に記載の
半導体装置の製造方法において、 前記トレンチを形成する前に、単結晶半導体層における
トレンチゲート型MOSトランジスタのチャネル領域お
よびソース領域となる部位に異方性ウェットエッチング
或いはドライエッチングにより別のトレンチを形成し、
エピタキシャル成長により前記別のトレンチ内に不純物
ドープト半導体層を形成してチャネル領域およびソース
領域としたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a channel region and a source region of a trench gate type MOS transistor in a single crystal semiconductor layer are formed before forming the trench. Another trench by anisotropic wet etching or dry etching in the area where
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein an impurity-doped semiconductor layer is formed in the another trench by epitaxial growth to form a channel region and a source region.
【請求項12】請求項1〜10のいずれか1項に記載の
半導体装置の製造方法において、 前記トレンチを形成する前に、単結晶半導体層における
トレンチゲート型MOSトランジスタのドリフト領域の
一部、チャネル領域およびソース領域となる部位に異方
性ウェットエッチング或いはドライエッチングにより別
のトレンチを形成し、エピタキシャル成長により前記別
のトレンチ内に不純物ドープト半導体層を形成してドリ
フト領域の一部、チャネル領域およびソース領域とした
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a part of a drift region of a trench gate type MOS transistor in the single crystal semiconductor layer is formed before forming the trench. Another trench is formed by anisotropic wet etching or dry etching in a portion to be a channel region and a source region, and an impurity-doped semiconductor layer is formed in the another trench by epitaxial growth to form a part of the drift region, the channel region, and A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the source region is used.
【請求項13】請求項1〜10のいずれか1項に記載の
半導体装置の製造方法において、 前記トレンチを形成する前に、単結晶半導体層における
トレンチゲート型MOSトランジスタのドレイン領域、
ドリフト領域、チャネル領域およびソース領域となる部
位に異方性ウェットエッチング或いはドライエッチング
により別のトレンチを形成し、エピタキシャル成長によ
り前記別のトレンチ内に不純物ドープト半導体層を形成
してドレイン領域、ドリフト領域、チャネル領域および
ソース領域としたことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the drain region of the trench gate type MOS transistor in the single crystal semiconductor layer is formed before forming the trench.
Drift region, channel region and another region is formed by anisotropic wet etching or dry etching in a portion to be a source region, and an impurity-doped semiconductor layer is formed in the other trench by epitaxial growth to form a drain region, a drift region, A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that a channel region and a source region are used.
【請求項14】基板の上に絶縁膜を介して単結晶半導体
層が形成されるとともに、単結晶半導体層において前記
絶縁膜に達する素子分離用トレンチが形成され、このト
レンチにて区画された素子形成島にトレンチゲート型M
OSトランジスタを形成した半導体装置において、 素子分離用トレンチ形成領域に複数のトレンチを並設す
るとともに、素子分離用の各トレンチの側面に、ゲート
トレンチの側面に形成したゲート酸化膜と同一の酸化膜
を形成し、さらに、素子分離用の各トレンチの内部を、
ゲートトレンチの内部のゲート電極材料膜と同一の膜で
充填したことを特徴とする半導体装置。
14. A single crystal semiconductor layer is formed on a substrate via an insulating film, and an element isolation trench reaching the insulating film is formed in the single crystal semiconductor layer, and an element partitioned by the trench is formed. Trench gate type M on formation island
In a semiconductor device in which an OS transistor is formed, a plurality of trenches are arranged in parallel in an element isolation trench formation region, and the same oxide film as the gate oxide film formed on the side surface of the gate trench is formed on the side surface of each element isolation trench. And further, inside each trench for element isolation,
A semiconductor device characterized by being filled with the same film as a gate electrode material film inside a gate trench.
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